KR101192249B1 - An 4Pass Tube-Fin Type Heat Exchanger using Refrigerant containing HFO 1234yf - Google Patents
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Abstract
본 발명은 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 종래에 사용되어 온 R-134a, CO2 등의 냉매들과 전혀 물성이 다른 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 증발기에 있어서, 해당 냉매의 물질적 특성에 최적화된 설계 사항을 가지는, HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템을 제공함에 있다.The present invention relates to a vehicle air conditioning system using a four-pass tube-pin type evaporator using a HFO 1234yf material refrigerant, the object of the present invention is to have a physical properties and refrigerants such as R-134a, CO 2 that have been used conventionally In another evaporator using the HFO 1234yf material refrigerant, to provide a vehicle air conditioning system using a four-pass tube-pin type evaporator using the HFO 1234yf material refrigerant having a design optimized for the material properties of the refrigerant. .
본 발명의 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템은, 압축기; 응축기; 팽창 밸브; 및 공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와, 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과, 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10)와, 상기 헤더탱크(10)에 구비되는 적어도 하나 이상의 배플(40)을 포함하여 이루어지되, 상기 열교환매체는 HFO 1234yf 물질을 포함하여 이루어지는 냉매이며, 튜브 높이 Ht는 2.489mm 내지 4.082mm 범위 내의 값을 가지거나, 튜브 수력직경 Dt는 0.780mm 내지 1.839mm 범위 내의 값을 가지거나, 데시미터 당 핀의 산 또는 골 개수 FPDM은 63.439 내지 88.897 범위 내의 값을 가지며, 상기 열교환매체의 흐름은 4패스로 이루어지는 튜브-핀 타입 증발기(100); 를 포함하는 냉매 회로로 이루 어지는 것을 특징으로 한다.A vehicle air conditioning system using a four-pass tube-pin type evaporator using the HFO 1234yf material refrigerant of the present invention includes a compressor; Condenser; Expansion valves; And a plurality of tubes 20 arranged in parallel at regular intervals in parallel to the air blowing direction, and fins 30 increasing the heat transfer area with air interposed between the tubes 20 and flowing between the tubes 20. And a pair of header tanks 10 coupled to both ends of the tube 20 through which a heat exchange medium flows, and at least one baffle 40 provided in the header tanks 10, The heat exchange medium is a refrigerant comprising HFO 1234yf material, the tube height H t has a value in the range of 2.489mm to 4.082mm, the tube hydraulic diameter D t has a value in the range of 0.780mm to 1.839mm, or Acid or bone number FPDM of fins per meter has a value in the range of 63.439 to 88.897, the flow of heat exchange medium is a four-pass tube-pin type evaporator (100); Characterized in that consisting of a refrigerant circuit comprising a.
4패스, 증발기, 대체 냉매, HFO, HFO 1234yf, 최적화 4 pass, evaporator, alternative refrigerant, HFO, HFO 1234yf, optimized
Description
본 발명은 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 냉매와는 전혀 다른 물성을 가지는 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 경우 최적의 성능을 얻기 위한 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템의 설계 사항에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle air conditioning system using a 4-pass tube-pin type evaporator using an HFO 1234yf material refrigerant, and more particularly, to use an HFO 1234yf material refrigerant having properties different from those of the conventional refrigerant. The design of a vehicle air conditioning system using a four-pass tube-pin type evaporator to achieve the performance.
현재 세계적으로 환경 문제가 대두되면서, 환경에 유해한 물질들의 사용이 점차 금지 내지는 배제되어 가고 있는 실정이다. 특히 공조 및 냉각 시스템에 필수적으로 사용되는 냉매에 있어, 염소 성분을 함유한 조성물인 CFC계 냉매와 같은 물질들의 경우 오존을 파괴하는 특성 때문에 사용 규제가 확대되고 있다.As environmental problems are raised around the world, the use of substances harmful to the environment is gradually being banned or excluded. In particular, in refrigerants essential for air conditioning and cooling systems, materials such as CFC-based refrigerants, which contain chlorine components, are increasingly regulated due to their ozone depleting properties.
일반적인 냉각 시스템은 주변으로부터 열을 흡수하는 증발기, 냉매를 압축하는 압축기, 주변으로 열을 방출하는 응축기, 냉매를 팽창시키는 팽창밸브로 구성된다. 냉각 시스템에서는, 상기 증발기로부터 압축기로 유입되는 기체 상태의 냉매는 압축기에서 고온 및 고압으로 압축되고, 상기 압축된 기체 상태의 냉매가 응축기를 통과하면서 액화되는 과정에서 주변으로 액화열이 방출되며, 상기 액화된 냉매가 다시 팽창밸브를 통과함으로써 저온 및 저압의 습포화 증기 상태가 된 후 다시 증발기로 유입되어 기화하며 주변으로부터 기화열을 흡수함으로써 주변 공기를 냉각하고, 이로써 하나의 냉각 사이클이 이루어진다. 도 1(B)는 이러한 일반적인 공조 시스템의 p-h 선도를 간략히 도시한 것이다.A typical cooling system consists of an evaporator that absorbs heat from the surroundings, a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that releases heat to the surroundings, and an expansion valve that expands the refrigerant. In the cooling system, the gaseous refrigerant flowing from the evaporator to the compressor is compressed at a high temperature and high pressure in the compressor, the liquefied heat is released to the surroundings in the process of liquefaction of the compressed gaseous refrigerant passing through the condenser, the liquefaction The refrigerant passes through the expansion valve again to become a low-temperature and low-pressure wetted vapor state, and then flows back into the evaporator and vaporizes, thereby cooling the ambient air by absorbing vaporization heat from the surroundings, thereby forming a cooling cycle. FIG. 1B is a simplified illustration of the p-h diagram of this general air conditioning system.
이와 같은 냉각 시스템에서 실제적으로 열을 전달하는 것은 냉매로서, 냉매로 사용되는 물질은 열전이 특성이 높아야 함은 당연하다. 종래의 CFC계 냉매 등의 경우 이와 같은 열전이 특성이 우수한 대신 환경에 유해한 영향을 끼친다는 점에 지적되어 그 사용이 규제되고 있는 바, 종래의 냉매를 대체할 수 있는 새로운 냉매에 대한 각종 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있다. 새로운 냉매가 종래의 냉매를 대체할 수 있으려면, 종래의 냉매와 대비하여 동등 또는 우수한 수준의 열전이 특성, 화학적 안정성, 비인화성 및 윤활 상용성 등을 갖춤과 동시에 친환경성까지 갖추어야 함은 물론 주지의 사실이다.In such a cooling system, the actual heat transfer is a refrigerant, and it is natural that the material used as the refrigerant should have high heat transfer characteristics. In the case of the conventional CFC-based refrigerants, such heat transfer characteristics are pointed out that they have a harmful effect on the environment, and their use is regulated. Therefore, various studies on new refrigerants that can replace conventional refrigerants and Development is active. In order for new refrigerants to be able to replace conventional refrigerants, they must have the same or superior level of heat transfer characteristics, chemical stability, non-flammability and lubrication compatibility as compared to conventional refrigerants, as well as eco-friendliness. Is true.
한국특허공개 제2007-0004654호("플루오린 치환된 올레핀 함유 조성물", 이하 선행기술)에서는 상술한 바와 같이 종래의 냉매를 대체할 수 있을 만큼 우수한 성능을 가지는 새로운 냉매를 개시하고 있다. 상기 선행기술에서 제시하고 있는 냉매 중 HFO 1234yf 물질을 사용하는 냉매를 이하 1234yf 냉매라 칭한다. "HFO-1234" 라는 용어는 여기서 모든 테트라플루오로프로펜을 지칭하는 것으로 사용된다. 테트라플루오로프로펜 중에는 HFO-1234yf와 시스- 및 트랜스-1,1,1,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze)가 포함된다. HFO-1234 화합물은 알려진 물질이며, Chemical Abstracts의 데이타베이스에 등록되어 있다. 미국특허 제2,889,379; 4,798,818 및 4,465,786호에는 C3 화합물이 함유된 다양한 포화 또는 불포화 할로겐을 촉매 증기상 플루오르화시킴으로써, CF3CH=CH2와 같은 플루오로프로펜을 제조하는 것에 관하여 기재되어 있다. 또한 유럽특허 제974,571호에는 1,1,1,3,3,-펜타플루오로프로판(HFC-245fa)을 고온, 증기상에서 크롬-계열 촉매와 접촉시킴으로써, 또는 액체 상에서 KOH, NaOH, Ca(OH)2 또는 Mg(OH)2 의 알콜 용액과 접촉시킴으로써, 1,1,1,3-테트라플루오로프로펜을 제조하는 것에 관하여 기재되어 있다.Korean Patent Publication No. 2007-0004654 ("fluorine substituted olefin containing composition", hereinafter referred to in the prior art) discloses a new refrigerant having excellent performance enough to replace the conventional refrigerant as described above. The refrigerant using HFO 1234yf material among the refrigerants proposed in the prior art is hereinafter referred to as 1234yf refrigerant. The term "HFO-1234" is used herein to refer to all tetrafluoropropenes. Among the tetrafluoropropenes are HFO-1234yf and cis- and trans-1,1,1,3-tetrafluoropropene (HFO-1234ze). HFO-1234 compound is a known substance and is registered in the Chemical Abstracts database. US Patent No. 2,889,379; By 4,798,818 and 4,465,786 discloses a fluorine-containing C 3 compounds are a large variety of saturated or unsaturated halogen catalyst vaporized, it is described with respect to the production of propene fluoroalkyl such as CF 3 CH = CH 2. EP 974,571 also discloses contacting 1,1,1,3,3, -pentafluoropropane (HFC-245fa) with a chromium-based catalyst in high temperature, vapor phase, or in liquid phase, KOH, NaOH, Ca (OH). 2 ) or 1,1,1,3-tetrafluoropropene is described by contact with an alcohol solution of Mg (OH) 2 .
도 1(A)은 종래에 널리 사용되는 대표적인 냉매인 R-134a 냉매 및 상기 1234yf 냉매의 p-h 선도이다. 도시된 바와 같이 R-134a 냉매와 1234yf 냉매의 p-h 선도는 다르게 나타나는데, 보다 상세히 설명하자면, 1234yf 냉매의 물성치 및 공조 시스템에서의 작동 압력 / 작동 온도는 종래의 R-134a 냉매와 유사한 범위의 값을 가지나, 1234yf 냉매의 증발잠열은 R-134a 냉매의 증발잠열보다 30% 가량 작게 나타나고 있어, R-134a 냉매와 동등한 방열성능을 가지기 위해서는 더 많은 냉매 유량이 필요함을 알 수 있다.1 (A) is a p-h diagram of the R-134a refrigerant and the 1234yf refrigerant, which are representative refrigerants widely used in the related art. As shown, the ph diagrams of the R-134a refrigerant and the 1234yf refrigerant are different from each other. More specifically, the physical properties of the 1234yf refrigerant and the operating pressure / operating temperature in the air conditioning system have values similar to those of the conventional R-134a refrigerant. However, the latent heat of evaporation of the 1234yf refrigerant is about 30% smaller than the latent heat of evaporation of the R-134a refrigerant, and it can be seen that more refrigerant flow rate is required to have a heat dissipation performance equivalent to that of the R-134a refrigerant.
종래에 R-134a 등의 냉매를 사용하는 증발기에 있어서 증발기의 성능, 즉 방열량, 압력강하량 등을 최적화시키고자 하는 연구는 많이 진행되어 왔다. 그러나 1234yf 냉매의 경우, 도 1(A)에 보이는 바와 같이 종래의 냉매와는 매우 다른 물성치를 가지고 있는 바, 1234yf 냉매를 사용하는 증발기가 종래의 냉매를 사용하는 증발기와 동등한 성능을 가지기 위해서는 종래의 증발기와는 전혀 다른 설계 사항을 필요로 함은 당연하다. 실제로, R-134a 냉매를 사용하는 증발기와 동일한 사양의 증발기에 1234yf 냉매를 사용할 경우, 동등한 방열성능을 얻기 위해서는 냉매 유량이 증가되어야만 하는 바, 이 경우 증가된 냉매 유량으로 인해 증발기 뿐 아니라 공조 시스템 전체적으로 냉매측 압력강하량이 과도하게 증가하게 되며, 따라서 공조 시스템 전체 성능이 크게 저하되게 된다.In the past, many studies have been conducted to optimize the performance of the evaporator, that is, the amount of heat radiation, the pressure drop, and the like in an evaporator using a refrigerant such as R-134a. However, in the case of the 1234yf refrigerant, as shown in FIG. 1 (A), since the evaporator using the 1234yf refrigerant has the same performance as that of the conventional refrigerant, it is very different from the conventional refrigerant. Naturally, it requires a completely different design from the evaporator. In fact, when 1234yf refrigerant is used in an evaporator with the same specifications as an evaporator using R-134a refrigerant, the refrigerant flow rate must be increased to obtain equivalent heat dissipation performance. The refrigerant pressure drop is excessively increased, and thus the overall performance of the air conditioning system is greatly reduced.
즉, 1234yf 냉매는 상술한 바와 같이 R-134a 냉매에 비해 친환경적인 물질인 반면, 1234yf 시스템은 R-134a 시스템에 비해 성능이 떨어진다는 점이 지적되어 왔으며, 이를 극복하기 위해 많은 연구 및 개발이 필요하다는 점이 잘 알려져 있다. 이와 같은 성능 차이를 극복하기 위해 시스템 상 다양한 변수의 최적화가 가능한데, 시스템 변경에 따른 경제적 비용 상승 문제 등을 고려해 볼 때 기존 시스템에 비해 큰 설계 변경이 없이 최상의 성능 향상을 가져올 수 있는 방안이 바람직하다는 점은 당연하다. 이 때, 본 발명에서는 증발기 구성 요소들의 수치 범위를 최적화함으로써 이러한 요구, 즉 기존 시스템에 비해 큰 설계 변경이 없으면서도 성능 향상을 가져오고자 하는 요구를 만족시킬 수 있는 해결책을 찾고자 한다.That is, while the 1234yf refrigerant is an environmentally friendly material as compared to the R-134a refrigerant as described above, it has been pointed out that the 1234yf system has a lower performance than the R-134a system, and much research and development is required to overcome this. The point is well known. In order to overcome such a performance difference, various variables can be optimized in the system, and considering the economic cost increase caused by the system change, it is desirable to have the best performance improvement without large design changes compared to the existing system. The point is natural. At this time, the present invention seeks to find a solution that can satisfy the demand for improving the performance by optimizing the numerical range of the evaporator components, that is, without significant design changes compared to the existing system.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래에 사용되어 온 R-134a, CO2 등의 냉매들과 전혀 물성이 다른 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 증발기에 있어서, 해당 냉매의 물질적 특성에 최적화된 설계 사항을 가지는, HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템을 제공함에 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is a HFO 1234yf material refrigerant with a completely different physical properties from the conventional refrigerants such as R-134a, CO 2 In the evaporator using the, to provide a vehicle air conditioning system using a four-pass tube-pin type evaporator using the HFO 1234yf material refrigerant having a design matter optimized for the material properties of the refrigerant.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템은, 압축기; 응축기; 팽창 밸브; 및 공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와, 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과, 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10)와, 상기 헤더탱크(10)에 구비되는 적어도 하나 이상의 배플(40)을 포함하여 이루어지되, 상기 열교환매체는 HFO 1234yf 물질을 포함하여 이루어지는 냉매이며, 튜브 높이 Ht는 2.489mm 내지 4.082mm 범위 내의 값을 가지며, 상기 열교환매체의 흐름은 4패스로 이루어지는 튜브-핀 타입 증발기(100); 를 포함하는 냉매 회로로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 튜브 높이 Ht는 2.875mm 내지 3.711mm 범위 내의 값을 가지는 것이 더욱 더욱 바람직하다.An air conditioning system for a vehicle using a four-pass tube-pin type evaporator using the HFO 1234yf material refrigerant of the present invention for achieving the above object, the compressor; Condenser; Expansion valves; And a plurality of
또는, 본 발명의 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템은, 압축기; 응축기; 팽창 밸브; 및 공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와, 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과, 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10)와, 상기 헤더탱크(10)에 구비되는 적어도 하나 이상의 배플(40)을 포함하여 이루어지되, 상기 열교환매체는 HFO 1234yf 물질을 포함하여 이루어지는 냉매이며, 튜브 수력직경 Dt는 0.780mm 내지 1.839mm 범위 내의 값을 가지며, 상기 열교환매체의 흐름은 4패스로 이루어지는 튜브-핀 타입 증발기(100); 를 포함하는 냉매 회로로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 튜브 수력직경 Dt는 0.946mm 내지 1.775mm 범위 내의 값을 가지는 것이 더욱 더욱 바람직하다.Alternatively, a vehicle air conditioning system using a four-pass tube-pin type evaporator using the HFO 1234yf material refrigerant of the present invention includes a compressor; Condenser; Expansion valves; And a plurality of
또는, 본 발명의 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템은, 압축기; 응축기; 팽창 밸브; 및 공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20)와, 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30)과, 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10)와, 상기 헤더탱크(10)에 구비되는 적어도 하나 이상의 배플(40)을 포 함하여 이루어지되, 상기 열교환매체는 HFO 1234yf 물질을 포함하여 이루어지는 냉매이며, 데시미터 당 핀의 산 또는 골 개수 FPDM은 63.439 내지 88.897 범위 내의 값을 가지며, 상기 열교환매체의 흐름은 4패스로 이루어지는 튜브-핀 타입 증발기(100); 를 포함하는 냉매 회로로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 FPDM은 65.190 내지 88.897 범위 내의 값을 가지는 것이 더욱 더욱 바람직하다.Alternatively, a vehicle air conditioning system using a four-pass tube-pin type evaporator using the HFO 1234yf material refrigerant of the present invention includes a compressor; Condenser; Expansion valves; And a plurality of
또한, 상기 증발기(100)는 제1열 및 제2열의 상하부 탱크 내에 구비된 배플을 사이에 두고 제1튜브군(①-4) 내지 제4튜브군(④-4)이 형성되며, 상기 열교환매체는 상기 제1튜브군(①-4) 내지 상기 제4튜브군(④-4)을 순차적으로 통과하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
본 발명에 의하면, HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템에 있어서, HFO 1234yf 물질 냉매는 종래의 R-134a, CO2 등의 냉매들과 전혀 물성이 달랐기 때문에 종래의 설계 사항을 가진 증발기로는 최상의 성능을 얻을 수 없었던 문제점을 해결하여, 증발기의 성능, 즉 방열량 및 압력강하량이 최적화되는 효과가 있다. 즉 본 발명의 증발기에 의하면 1234yf 냉매를 사용하면서도 종래의 증발기와 동등한 수준의 성능을 얻을 수 있는 것이다.According to the present invention, in a vehicle air conditioning system using a four-pass tube-pin type evaporator using the HFO 1234yf material refrigerant, the HFO 1234yf material refrigerant is completely different from the conventional refrigerants such as R-134a, CO 2, etc. Therefore, by solving the problem that the best performance can not be obtained with the conventional evaporator, there is an effect of optimizing the performance of the evaporator, that is, the amount of heat radiation and pressure drop. That is, according to the evaporator of the present invention, the same level of performance as the conventional evaporator can be obtained while using the 1234yf refrigerant.
특히 본 발명에 의하면, 친환경성이 우수한 냉매를 사용하면서도 종래의 R- 134a 등과 같은 냉매를 사용하는 증발기와 대비하여 동등 수준의 성능을 유지할 수 있어, 증발기 성능을 확보함과 동시에 높은 친환경성을 획득할 수 있는 큰 효과가 있다. 또한 R-134a 시스템에 비해 종래의 1234yf 시스템은 성능이 떨어진다는 점이 잘 알려져 있었으며, 이를 극복하기 위해서는 시스템 전체적으로 설계 변경이 필요할 수도 있어 경제적 비용 상승 문제 등이 있었으나, 본 발명의 경우 단지 증발기의 설계 수치 범위만을 변화시킴으로써 R-134a 시스템과 동등한 수준의 성능을 내는 1234yf 시스템을 얻을 수 있어, 시스템 변경에 따르는 비용 상승 문제도 해소되는 효과 또한 있다.In particular, according to the present invention, it is possible to maintain the same level of performance as compared to an evaporator using a refrigerant such as R-134a while using a refrigerant having excellent eco-friendliness, to secure the evaporator performance and at the same time obtain a high eco-friendliness There is a big effect that can be done. In addition, it was well known that the conventional 1234yf system is inferior in performance to the R-134a system, and in order to overcome this, there may be a problem of economic cost increase due to the design change as a whole, but in the case of the present invention, only the design value of the evaporator is used. By changing only the range, a 1234yf system can be obtained that achieves the same level of performance as the R-134a system.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 HFO 1234yf 물질 냉매를 사용하는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 사용하는 차량용 공조 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a vehicle air conditioning system using a 4-pass tube-pin type evaporator using the HFO 1234yf material refrigerant according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 일반적인 튜브-핀 타입 증발기의 형태를 도시한 것이다. 일반적인 튜브-핀 타입 증발기(100)는, 공기 송풍 방향에 나란하게 일정 간격으로 병렬 배치된 복수 개의 튜브(20); 상기 튜브(20) 사이에 개재되고 상기 튜브(20) 사이를 흐르는 공기와의 전열면적을 증가시키는 핀(30); 상기 튜브(20)의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(10); 를 포함하여 이루어진다.Figure 2 shows the shape of a typical tube-pin type evaporator. The general tube-
이와 같은 튜브-핀 타입 증발기에서, 일반적으로 냉매는 4패스(pass) 또는 6 패스로 이루어진다. 도 3은 상기 튜브 핀 타입 증발기에서 4패스의 냉매 흐름이 이루어지는 형태를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이 일반적으로 튜브-핀 타입 증발기는 2열로 이루어지며, 도 3에서는 냉매의 흐름을 보기 좋게 표시하기 위하여 각 열을 분리하고, 탱크 및 튜브 부분을 간략화하여 도시하였다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 4패스일 경우에는 한 열당 2개의 서로 다른 방향의 냉매 흐름이 만들어져, 전체적으로 4개의 냉매 흐름 방향이 형성된다. 이와 같이 냉매 흐름을 전환하기 위해서, 도 3에 간략화시켜 도시된 바와 같이 탱크에는 적절한 위치에 배플(40)이 삽입 구비된다. 즉 4패스 증발기에서는, 제1열 및 제2열의 상하부 탱크 내에 구비된 배플을 사이에 두고 제1튜브군(①-4) 내지 제4튜브군(④-4)이 형성되며, 상기 열교환매체는 상기 제1튜브군(①-4) 내지 상기 제4튜브군(④-4)을 순차적으로 통과하게 되는 것이다.In such tube-pin type evaporators, the refrigerant generally consists of four passes or six passes. Figure 3 shows a form in which a four-pass refrigerant flow in the tube fin type evaporator. As shown in FIG. 2, the tube-pin type evaporator is generally composed of two rows, and in FIG. 3, each row is separated to simplify the display of the refrigerant flow, and the tank and tube parts are simplified. As shown in FIG. 3, in the case of four passes, two different directions of refrigerant flow are generated per column, and four refrigerant flow directions are formed as a whole. In order to switch the refrigerant flow in this way, as illustrated in a simplified manner in FIG. 3, the tank is provided with a
도 3에 도시되어 있는 바와 같은 4패스 증발기에서의 냉매 흐름의 일실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 냉매가 유입되는 측을 제1열로 하고, 냉매가 배출되는 측을 제2열로 하여, 상기 탱크 중 제1열 상부탱크의 도면부호를 11a로, 제1열 하부탱크의 도면부호를 11b로, 제2열 상부탱크의 도면부호를 12a로, 제2열 하부탱크의 도면부호를 12b로 표시한다. 또한, 제1열 튜브의 도면부호를 21로, 제2열 튜브의 도면부호를 22로 표시한다. 이 때, 배플(40)은 도시된 바와 같이 각 탱크들에 모두 하나씩 구비되게 된다. 4패스 증발기에서의 냉매 흐름은, 제1열 상부탱크(11a)로 유입되어, 제1열 상부탱크(11a)의 제1열 상부탱크(11a)에 구비된 배플(40) 전방 부분 - 제1열 튜브(21) 일부인 제 1튜브군(①-4) - 제1열 하부탱크(11b) - 제1열 튜브(21) 일부인 제2튜브군(②-4) - 제1열 상부탱크(11a)의 제1열 상부탱크(11a)에 구비된 배플(40) 후방 부분을 순차적으로 거침으로써 제1열의 탱크 및 튜브를 통과한 후, 이제 제2열로 흘러가서, 제2열 상부탱크(12a)의 제2열 상부탱크(12a)에 구비된 배플(40) 후방 부분 - 제2열 튜브(22) 일부인 제3튜브군(③-4) - 제2열 하부탱크(12b) - 제2열 튜브(22) 일부인 제4튜브군(④-4) - 제2열 상부탱크(12a)의 제2열 상부탱크(12a)에 구비된 배플(40) 전방 부분을 순차적으로 거침으로써 제2열의 탱크 및 튜브를 통과한 후, 제2열 상부탱크(12a)로부터 배출되게 된다.An embodiment of the refrigerant flow in the four-pass evaporator as shown in FIG. 3 will be described in more detail as follows. First, as shown in FIG. 3, the side into which the refrigerant flows is the first row, the side from which the refrigerant is discharged the second row, and the reference numerals of the upper row tanks of the first row in the tank are 11a and the first row. The reference numerals of the lower tanks are denoted by 11b, the second row upper tanks are denoted by 12a, and the second row lower tanks are denoted by
물론 4패스 증발기라 해서 반드시 이와 같은 방식으로 유로가 구성되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어 냉매의 유입 및 배출이 하부탱크에서 이루어질 수도 있는 등과 같이, 냉매의 흐름이 4패스를 이루도록 유로를 구성하기만 한다면 도 3의 예시와 일부 다른 형태로 냉매 흐름이 이루어진다 하더라도 본 발명의 4패스 증발기에 포함될 수 있다.Of course, a four pass evaporator does not necessarily constitute a flow path in this manner. For example, as long as the flow path is configured so that the coolant flows into four passes, such as the inflow and discharge of the coolant from the lower tank, the coolant flow may be performed in some different forms from the example of FIG. 3. A pass evaporator can be included.
4패스일 경우와 6패스일 경우, 동일 냉매 및 동일 사이즈의 증발기를 사용한다 하더라도 열교환특성이 달라지며, 따라서 방열성능 및 압력강하량 등의 특성을 최적화시키기 위해서는 냉매 흐름이 몇 패스인지를 구분하여야 한다. 본 발명에서는 이 중 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 4패스 튜브-핀 타입 증발기에서의 열교환성능의 최적화를 이루고자 한다. 따라서 이하에서의 '증발기'라는 용어는 4패스 튜브-핀 타입 증발기를 가리키는 것임을 명시해 둔다.In the case of 4 pass and 6 pass, even though the same refrigerant and the same size evaporator are used, the heat exchange characteristics are different. Therefore, in order to optimize the characteristics such as heat dissipation performance and pressure drop, it is necessary to distinguish how many passes the refrigerant flows. . In the present invention, the heat exchange performance of the four-pass tube-pin type evaporator as shown in FIG. 3 is to be optimized. Therefore, the term 'evaporator' below indicates that it refers to a four-pass tube-pin type evaporator.
도 4는 상기 증발기 각 세부 형상을 도시한 것이다. 도 4(A)는 상기 튜브(20) 및 상기 핀(30)으로 이루어진 증발기 코어의 일부를 도시한 것이고, 도 4(B)는 상기 튜브(20)의 단면을 도시한 것이며, 도 4(C)는 상기 도 2의 A-A' 단면, 즉 상기 헤더탱크(10)의 폭 방향 중심선을 길이 방향으로 자른 부분의 단면 형상이다. 도 4(C)에 도시된 바와 같이, 상기 헤더탱크(10)의 폭 방향 중심선 부분에는 길이 방향으로 연장되어 상기 헤더탱크(10) 내부를 분리하는 격벽이 형성되며, 상기 격벽 상에는 유로 설계에 따라 연통홀이 형성될 수 있다.Figure 4 shows each detailed shape of the evaporator. 4 (A) shows a part of the evaporator core consisting of the
도 4(A) 및 도 4(B)에 도시된 바와 같이 상기 튜브(20)의 높이를 Ht라 한다. 또한, 상기 튜브(20) 단면 상에서 열교환매체가 유통하는 각 부분의 면적의 합, 즉 상기 튜브(20)의 유로면적을 St라 한다. 또한, 상기 튜브(20) 단면 상에서 열교환매체가 유통하는 각 부분(즉 유로면적 부분)의 둘레 길이의 합, 즉 접수(接水)길이를 Lt라 한다. 또한, 도 4(C)에 도시된 연통홀의 면적을 S라 한다. 이 때, 상기 튜브(20)의 수력직경 Dt는 4St/Lt가 된다. 종래의 R-134a 냉매를 사용하는 증발기에 사용되는 튜브는 압출형, 폴디드형, 웰디드형 등과 같이 다양한 종류가 있는데, 본 발명의 HFO 1234yf 냉매를 사용하는 증발기에서도 역시 압출형, 폴디드형, 웰디드형 등과 같은 다양한 종류의 튜브를 적용할 수 있다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the height of the
본 발명에서는, R-134a 냉매를 사용하는 증발기 대비 방열성능 소정 비율(98% ~ 99%) 이상, 냉매측 압력강하량 소정 비율(90% ~ 95%) 이하, 공기측 압력강하량 동등 수준(100%) 이하가 되는 1234yf 냉매를 사용하는 증발기의 각 설계 변 수 수치 값을 최적화하였다. 튜브 높이 Ht는 1.4mm ~ 3.6mm, 튜브 수력직경 Dt는 0.97mm ~ 1.89mm, FPDM(1데시미터(decimeter) 즉 10cm(1/10m) 당 핀의 산 또는 골 개수)은 60~84, 연통홀 면적 S는 110mm2 ~ 450mm2인 부품들의 조합으로 성능 시험을 수행하여 도 5 내지 도 7과 같은 결과 그래프를 얻었으며, 이를 근거로 1234yf 냉매를 사용하는 증발기의 성능을 최적화하는 각 설계 변수의 수치 값을 구하였다. 도 5 내지 도 7의 각 그래프에서, 방열성능(Q), 냉매측 압력강하량(dPref), 공기측 압력강하량(dPair)은 100ㅧ(측정값 - 측정값 중 최소값)/측정값 중 최대값(%)으로 무차원화시켜 표시하였다.In the present invention, more than a predetermined ratio (98% to 99%) of the heat dissipation performance compared to the evaporator using the R-134a refrigerant, a predetermined ratio (90% to 95%) or less of the refrigerant pressure drop, and an equivalent level of the air pressure drop (100%) Each design parameter value of the evaporator using 1234yf refrigerant, which is below), was optimized. Tube height H t ranges from 1.4mm to 3.6mm, tube hydraulic diameter D t ranges from 0.97mm to 1.89mm, and FPDM (number of peaks or valleys per pin in one decimeter, 10cm (1 / 10m)) ranges from 60 to 84 , Through the performance test with a combination of parts of 110mm 2 ~ 450mm 2 to obtain a result graph as shown in Figs. 5-7, based on this, each design to optimize the performance of the evaporator using 1234yf refrigerant The numerical value of the variable was obtained. In each of the graphs of FIGS. 5 to 7, the heat radiation performance Q, the refrigerant pressure drop amount dP ref , and the air pressure drop amount dP air are 100 kW (measured value-minimum value among measured values) / maximum value among measured values. The values are expressed as dimensionless values.
테스트의 종류에는 단품 테스트와 에어컨 시스템 테스트가 있다. 단품 테스트는 증발기의 입구 및 출구 압력이 고정된 상태에서 냉매를 순환시켜 성능을 테스트하는 것이며, 에어컨 시스템 테스트는 실제 차량에 장착된 에어컨 시스템에서 압축기 RPM 및 흡입공기의 조건을 달리하면서 성능을 테스트하는 것이다. 이 때 단품 테스트에서의 결과가 좋다고 해서 시스템 테스트에서의 결과가 반드시 좋게 나오는 것은 아닌데, 이는 차량주행 조건 등에 영향을 받게 되기 때문이다.There are two types of tests: unit test and air conditioner system test. Single unit test is to test the performance by circulating the refrigerant while the inlet and outlet pressure of the evaporator is fixed, and the air conditioner system test is to test the performance while changing the condition of the compressor RPM and intake air in the air conditioner system mounted on the actual vehicle. will be. In this case, a good result in a single product test does not necessarily give a good result in a system test because it is affected by driving conditions.
도 8a는 여러 종류의 HFO 1234yf용 코어에 따른 단품 방열성능 및 에어컨 시스템 성능(토출공기온도)의 관계 그래프이며, 도 8b는 여러 종류의 HFO 1234yf용 코어에 따른 단품 냉매 압력강하량 및 에어컨 시스템 성능(토출공기온도)의 관계 그래프이다. 도 8a 및 도 8b의 그래프는 단품 테스트에 대한 결과로서, 이하에서 각 결과에 대하여 보다 상세히 설명한다.FIG. 8A is a graph illustrating a relationship between a single component heat dissipation performance and an air conditioning system performance (discharge air temperature) according to various types of HFO 1234yf cores, and FIG. Discharge air temperature). The graphs of FIGS. 8A and 8B are results for a single unit test, and each result will be described in more detail below.
도 8a는 방열성능을 달리하는 여러 종류의 HFO 1234yf용 코어에 대하여 단품 테스트를 수행한 결과로서, 도 8a에서의 x축은 여러 종류의 코어에 따른 방열성능이고, y축은 토출공기온도로서 에어컨 시스템의 성능지표로서 이는 낮을수록 좋다. 도 8a에 도시된 각 결과 그래프는 차량의 주행속도별로 토출공기온도를 나타낸 것으로, 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 단품의 방열성능 99%이상에서 최적이며, 99%미만에서는 성능이 악화된다.FIG. 8A shows a result of a single-piece test on various types of HFO 1234yf cores having different heat dissipation performance. In FIG. 8A, the x-axis shows heat dissipation performance according to various types of cores, and the y-axis shows discharge air temperature. As a performance indicator, the lower the better. Each result graph shown in FIG. 8A shows the discharge air temperature for each traveling speed of the vehicle. As can be seen from the graph, the heat dissipation performance of the unit is optimal at 99% or more, and the performance is deteriorated at 99% or less.
도 8b는 냉매 압력강하량을 달리하는 여러 종류의 HFO 1234yf용 코어에 대하여 단품 테스트를 수행한 결과로서, 도 8b에서의 x축은 여러 종류의 코어에 따른 냉매 압력강하량이며, y축은 역시 토출공기온도이고, 각 결과 그래프는 역시 차량의 주행속도별로 토출공기온도를 나타낸 것이다. 도 8b의 그래프에서도, 단품의 냉매측 압력강하량은 90%이상에서는 아이들(idle) 상태를 제외한 전 조건에서 성능이 급격히 악화된다는 것을 알 수 있다.FIG. 8B shows a result of a single unit test on various types of cores for HFO 1234yf having different refrigerant pressure drop amounts. In FIG. 8B, the x-axis is a refrigerant pressure drop amount according to various types of cores, and the y-axis is also the discharge air temperature. In addition, each result graph also shows the discharge air temperature according to the traveling speed of the vehicle. Also in the graph of FIG. 8B, it can be seen that the coolant-side pressure drop amount of the single part deteriorates rapidly at all conditions except for an idle state.
본 발명에서는 시스템 테스트를 통하여, HFO 1234yf용 코어를 사용함에 있어서 최적의 시스템 성능을 나타내는 방열성능 및 냉매 압력강하량에 대하여 R-134a용 코어에서의 방열성능 및 냉매 압력강하량을 100%로 잡아 그 수준이 어느 정도인지 범위를 산출하고, 그러한 방열성능 및 냉매 압력강하량의 % 값에 해당하는 증발기의 튜브 높이, 수력직경, FPDM의 범위를 정하였다.In the present invention, through the system test, the heat dissipation performance and the refrigerant pressure drop amount in the core for R-134a is set to 100% with respect to the heat dissipation performance and the refrigerant pressure drop amount showing the optimal system performance in using the core for the HFO 1234yf. The extent was calculated and the range of tube height, hydraulic diameter, and FPDM of the evaporator corresponding to the% value of the heat radiation performance and the refrigerant pressure drop amount was determined.
도 5는 HFO 1234yf 냉매를 사용하는 증발기의 튜브 높이 Ht와 방열성능 및 냉매측 압력강하량의 관계 그래프이다. 튜브 높이 Ht의 변화에 따라 방열성능(Q)과 냉매측 압력강하량(dPref)은 도 5에 도시된 바와 같이 크게 변하지만, 공기측 압력강하량(dPair)는 크게 변화가 없기 때문에 도시하지 않았다.5 is a graph showing the relationship between the tube height H t , the heat dissipation performance, and the refrigerant pressure drop in the evaporator using the HFO 1234yf refrigerant. The heat radiation performance Q and the refrigerant pressure drop amount dP ref vary greatly as shown in FIG. 5 with the change of the tube height H t , but the air pressure drop amount dP air is not shown. Did.
도 5(A)에서는, R-134a 냉매를 사용하는 증발기와 대비하였을 때 방열성능(Q)이 99% 이상이 되고, 냉매측 압력강하량(dPref)이 90% 이하가 되는 범위를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 방열성능(Q) 제한 조건에 의하여 튜브 높이 Ht의 상한값은 3.711mm로 결정되며, 냉매측 압력강하량(dPref) 제한 조건에 의하여 튜브 높이 Ht의 하한값은 2.875mm로 결정된다.In FIG. 5A, the heat dissipation performance Q is 99% or more and the refrigerant pressure drop dP ref is 90% or less as compared with an evaporator using a R-134a refrigerant. . As shown, the upper limit of the tube height H t is determined to be 3.711 mm by the heat dissipation performance (Q) constraint, and the lower limit of the tube height H t is determined to be 2.875 mm by the refrigerant pressure drop (dP ref ) constraint. do.
도 5(B)에서는, R-134a 냉매를 사용하는 증발기와 대비하였을 때 방열성능(Q)이 98% 이상이 되고, 냉매측 압력강하량(dPref)이 95% 이하가 되는 범위를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 방열성능(Q) 제한 조건에 의하여 튜브 높이 Ht의 상한값은 4.082mm로 결정되며, 냉매측 압력강하량(dPref) 제한 조건에 의하여 튜브 높이 Ht의 하한값은 2.489mm로 결정된다.In FIG. 5B, the heat dissipation performance Q is 98% or more and the refrigerant pressure drop dP ref is 95% or less as compared with an evaporator using the R-134a refrigerant. . Determining the lower limit of the heat radiation performance (Q) by the upper limit value of the constraint tube height H t is decided to 4.082mm, the refrigerant-side pressure drop (dP ref) by the constraint tube height H t is a 2.489mm, as illustrated do.
즉, 1234yf 냉매를 사용하는 증발기의 튜브 높이 Ht는 2.489mm 내지 4.082mm 범위 내의 값(방열성능(Q) 98% 이상, 냉매측 압력강하량(dPref) 95% 이하)을 가지는 것이 바람직하며, 2.875mm 내지 3.711mm 범위 내의 값(방열성능(Q) 99% 이상, 냉매측 압력강하량(dPref) 90% 이하)을 가지는 것이 더욱 바람직하다.That is, it is preferable that the tube height H t of the evaporator using the 1234yf refrigerant has a value within the range of 2.489 mm to 4.082 mm (heat dissipation performance (Q) of 98% or more, refrigerant side pressure drop (dP ref ) of 95% or less), It is more preferable to have a value (99% or more of heat radiation performance Q and 90% or less of refrigerant | coolant side pressure drops (dP ref )) in the range of 2.875 mm-3.711 mm.
도 6은 HFO 1234yf 냉매를 사용하는 증발기의 튜브 수력직경 Dt와 방열성능 및 냉매측 압력강하량의 관계 그래프이다. 튜브 수력직경 Dt의 변화에 따라 방열성능(Q)과 냉매측 압력강하량(dPref)은 도 6에 도시된 바와 같이 크게 변하지만, 공기측 압력강하량(dPair)는 크게 변화가 없기 때문에 도시하지 않았다.6 is a graph showing the relationship between the tube hydraulic diameter D t , the heat dissipation performance, and the refrigerant pressure drop in the evaporator using the HFO 1234yf refrigerant. As the tube hydraulic diameter D t changes, the heat radiation performance Q and the refrigerant pressure drop dP ref vary greatly as shown in FIG. 6, but the air pressure drop dP air does not change significantly. Did not do it.
도 6(A)에서는, R-134a 냉매를 사용하는 증발기와 대비하였을 때 방열성능(Q)이 99% 이상이 되고, 냉매측 압력강하량(dPref)이 90% 이하가 되는 범위를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 방열성능(Q) 제한 조건에 의하여 튜브 수력직경 Dt의 상한값은 1.775mm로 결정되며, 냉매측 압력강하량(dPref) 제한 조건에 의하여 튜브 수력직경 Dt의 하한값은 0.946mm로 결정된다.FIG. 6 (A) shows a range in which the heat dissipation performance Q is 99% or more and the refrigerant pressure drop dP ref is 90% or less as compared with an evaporator using the R-134a refrigerant. . As shown, the upper limit of the tube hydraulic diameter D t is determined to be 1.775 mm by the heat dissipation performance (Q) constraint, and the lower limit of the tube hydraulic diameter D t is 0.946 mm by the refrigerant pressure drop (dP ref ) constraint. Is determined.
도 6(B)에서는, R-134a 냉매를 사용하는 증발기와 대비하였을 때 방열성능(Q)이 98% 이상이 되고, 냉매측 압력강하량(dPref)이 95% 이하가 되는 범위를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 방열성능(Q) 제한 조건에 의하여 튜브 수력직경 Dt의 상한값은 1.839mm로 결정되며, 냉매측 압력강하량(dPref) 제한 조건에 의하여 튜 브 수력직경 Dt의 하한값은 0.780mm로 결정된다.In FIG. 6B, the heat dissipation performance Q is 98% or more and the refrigerant pressure drop dP ref is 95% or less as compared with an evaporator using a R-134a refrigerant. . , The heat radiation performance (Q) by the constraint tube upper limit value of the hydraulic diameter D t is decided to 1.839mm, the refrigerant-side pressure drop (dP ref) tube hydraulic diameter D t by the constraint, as illustrated, the lower limit value is set to 0.780 Determined in mm.
즉, 1234yf 냉매를 사용하는 증발기의 튜브 수력직경 Dt는 0.780mm 내지 1.839mm 범위 내의 값(방열성능(Q) 98% 이상, 냉매측 압력강하량(dPref) 95% 이하)을 가지는 것이 바람직하며, 0.946mm 내지 1.775mm 범위 내의 값(방열성능(Q) 99% 이상, 냉매측 압력강하량(dPref) 90% 이하)을 가지는 것이 더욱 바람직하다.That is, it is preferable that the tube hydraulic diameter D t of the evaporator using the 1234yf refrigerant has a value within the range of 0.780 mm to 1.839 mm (heat dissipation performance (Q) of 98% or more, and refrigerant pressure drop (dP ref ) of 95% or less). It is more preferable to have a value (99% or more of heat radiation performance Q and 90% or less of refrigerant | coolant side pressure drops (dP ref )) in the range of 0.946 mm-1.775 mm.
도 7은 HFO 1234yf 냉매를 사용하는 증발기의 FPDM과 방열성능 및 공기측 압력강하량의 관계 그래프이다. FPDM의 변화에 따라 방열성능(Q)과 공기측 압력강하량(dPair)은 도 7에 도시된 바와 같이 크게 변하지만, 냉매측 압력강하량(dPref)는 크게 변화가 없기 때문에 도시하지 않았다.7 is a graph illustrating a relationship between FPDM, heat dissipation performance, and air pressure drop in an evaporator using HFO 1234yf refrigerant. As the FPDM changes, the heat radiation performance Q and the air pressure drop dP air vary greatly as shown in FIG. 7, but the coolant pressure drop dP ref is not shown.
도 7(A)에서는, R-134a 냉매를 사용하는 증발기와 대비하였을 때 방열성능(Q)이 99% 이상이 되고, 공기측 압력강하량(dPair)이 동등 수준, 즉 100% 이하가 되는 범위를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 공기측 압력강하량(dPair) 제한 조건에 의하여 FPDM의 상한값은 88.897로 결정되며, 방열성능(Q) 제한 조건에 의하여 FPDM의 하한값은 65.190으로 결정된다.In Fig. 7A, the heat dissipation performance Q is 99% or more, and the air pressure drop dP air is equal to, or 100% or less, compared with the evaporator using the R-134a refrigerant. It is shown. As shown, the upper limit of the FPDM is determined to be 88.897 by the air pressure drop (dP air ) constraint condition, and the lower limit of the FPDM is determined to be 65.190 by the heat dissipation performance (Q) constraint.
도 7(B)에서는, R-134a 냉매를 사용하는 증발기와 대비하였을 때 방열성능(Q)이 98% 이상이 되고, 공기측 압력강하량(dPair)이 동등 수준, 즉 100% 이하가 되는 범위를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 공기측 압력강하량(dPair) 제한 조건에 의하여 FPDM의 상한값은 88.897로 결정되며, 방열성능(Q) 제한 조건에 의하여 FPDM의 하한값은 63.439로 결정된다.In FIG. 7B, the heat dissipation performance Q is 98% or more and the air pressure drop dP air is equivalent to that of the evaporator using the R-134a refrigerant. It is shown. As shown, the upper limit of the FPDM is determined to be 88.897 by the air pressure drop (dP air ) restriction condition, and the lower limit of the FPDM is determined to be 63.439 by the heat radiation performance (Q) restriction condition.
즉, 1234yf 냉매를 사용하는 증발기의 FPDM는 63.439 내지 88.897 범위 내의 값(방열성능(Q) 98% 이상, 공기측 압력강하량(dPair) 100% 이하)을 가지는 것이 바람직하며, 65.190 내지 88.897 범위 내의 값(방열성능(Q) 99% 이상, 공기측 압력강하량(dPair) 100% 이하)을 가지는 것이 더욱 바람직하다.That is, the FPDM of the evaporator using the 1234yf refrigerant preferably has a value within the range of 63.439 to 88.897 (heat dissipation performance (Q) of 98% or more, air side pressure drop (dP air ) of 100% or less), and is within the range of 65.190 to 88.897. It is more preferable to have a value (99% or more of heat radiation performance (Q) and 100% or less of air pressure drop (dP air )).
요약하자면, 1234yf 냉매를 사용하는 증발기의 각 설계 변수의 수치 범위는 하기의 표 1과 같이 결정되는 것이 바람직하다.In summary, the numerical range of each design variable of the evaporator using the 1234yf refrigerant is preferably determined as shown in Table 1 below.
- 냉매측 압력강하량(dPref) 95% 이하
- 공기측 압력강하량(dPair) 100% 이하-More than 98% of heat dissipation performance
-Refrigerant pressure drop (dP ref ) below 95%
-Air pressure drop (dP air ) 100% or less
- 냉매측 압력강하량(dPref) 90% 이하
- 공기측 압력강하량(dPair) 100% 이하-More than 99% of heat dissipation performance
-Refrigerant pressure drop (dP ref ) 90% or less
-Air pressure drop (dP air ) 100% or less
(Ht, mm)Tube height
(H t , mm)
(Dt, mm)Tube hydraulic diameter
(D t , mm)
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
도 1은 R-134a 냉매 및 HFO 1234yf 물질 냉매의 p-h 선도.1 is a p-h diagram of a R-134a refrigerant and a HFO 1234yf material refrigerant.
도 2는 4패스 튜브-핀 타입 증발기의 형태.2 is a form of a four pass tube-pin type evaporator.
도 3은 튜브-핀 타입 증발기에서의 냉매 흐름 예.3 shows an example of refrigerant flow in a tube-pin type evaporator.
도 4는 상기 증발기 각 세부 형상.4 is a detailed shape of each of the evaporator.
도 5는 튜브 높이 Ht와 방열성능 및 냉매 압력강하량의 관계 그래프.5 is a graph of the relationship between the tube height Ht and the heat radiation performance and the refrigerant pressure drop.
도 6은 튜브 수력직경 Dt와 방열성능 및 냉매 압력강하량의 관계 그래프.6 is a graph of the relationship between the tube hydraulic diameter Dt and the heat radiation performance and the refrigerant pressure drop.
도 7은 FPDM과 방열성능 및 공기 압력강하량의 관계 그래프.7 is a graph of the relationship between the FPDM and the heat radiation performance and air pressure drop.
도 8a는 여러 종류의 코어에 따른 단품 방열성능 및 에어컨 시스템 성능(토출공기온도)의 관계 그래프.8A is a graph illustrating a relationship between a single part heat dissipation performance and an air conditioning system performance (discharge air temperature) according to various types of cores;
도 8b는 여러 종류의 코어에 따른 단품 냉매 압력강하량 및 에어컨 시스템 성능(토출공기온도)의 관계 그래프.8B is a graph illustrating a relationship between single component refrigerant pressure drop and air conditioner system performance (discharge air temperature) according to various types of cores;
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
100: 증발기 10: 헤더탱크100: evaporator 10: header tank
20: 튜브 30: 핀20: Tube 30: Pin
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